Materials Studio在電池材料研究中的應用

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電池材料結構設計與模擬在線專題講座

講座主題：電池材料結構設計與模擬

講座時間：2017年10月20日（周五），14:30

特邀報告人：孫潔教授（天津大學）

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孫潔教授簡介

孫潔，天津大學化工學院教授。2013年－2017年，在美國斯坦福大學材料科學與工程系崔屹教授課題組做博士後研究工作，主要研究方向包括鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池和二維材料等。2006年和2012年，在北京化工大學分別獲得學士、博士學位。博士期間主要從事鋰離子電池、超級電容器和電催化方向的研究。2016年入選天津市千人計劃青年項目，2017年入選第十三批國家千人計劃青年項目。

在Nature Nanotechnology、Nature Energy、Advanced Materials、PNAS、Energy & Environmental Science、Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.等知名學術刊物發表文章30餘篇，其中第一作者文章10篇，總被引用1000餘次。獲得美國授權專利2項，中國授權專利5項。並擔任Nano Letters (IF=13.592)、Nano Energy (IF=10.325)、Small (IF=8.315)、 Energy Storage Materials、Ceramics International (IF=2.605)、 Colloids and Surfaces B: Biointerfaces (IF=4.152)、Solid State Ionics (IF=2.112) 等學術期刊審稿人。

報告內容

鋰離子電池的發展主要依賴於電極材料的突破，解決現有電極材料存在的問題和預測新型未知材料是提高鋰離子電池性能的關鍵，而第一性原理計算的出現能夠較好地滿足這一需求。該報告結合研究實例，介紹MS軟體包中的CASTEP和DMol3模塊在鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池等電池體系研究中的原理和應用，以及第一性原理在計算材料學方面的優勢，並指出了這一理論計算工具在電池材料設計過程中的重要性和局限性以及今後需要改進的地方。

研究實例包括：

1. 新型碳納米材料用作鋰離子電池負極材料，諸多文獻報道具有超理論容量現象，通過第一性原理計算給出合理解釋。

2. DFT計算給出磷作為鋰離子電池、鈉離子電池負極材料的兩步反應機理，並根據該機理，對磷負極材料進行結構設計與優化，實現了電化學性能的提升；在此基礎上，以開發大規模、低成本的磷負極材料生產為目標，DFT計算預測了新的反應路線和電極材料的結構設計與優化，指導實驗實現了上述目標。

3. 在鋰硫電池研究中，DFT計算並篩選了隔膜及電極功能化材料，預測性地給出性能評價，通過實驗驗證了預測的準確性。

4. DFT預測了電化學方法實現銅離子的可行性，並通過實驗實現了銅離子在Bi2Se3中插層量的調控，從而實現了對Bi2Se3物理性能的可控調節。